LTspice เป็นซอฟต์แวร์ช่วยในการวิเคราะห์และออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่เราสามารถเขียนวงจรลงในหน้าจอ และสั่งให้มันจำลองการทำงานออกมาซึ่งใช้เวลาทำงานไม่นานก็จะสามารถวัดค่าแรงดันและกระแสที่จุดต่างๆ ของวงจร ในช่วงเวลาต่างๆ ได้ ทำให้สามารถวิเคราะห์ผลการทำงานของวงจรที่เราออกแบบได้ทันทีโดยไม่ต้องลงมือประกอบวงจรจริงขึ้นมา
LTspice ที่ผมจะนำมาใช้ในที่นี้มีชื่อเรียกเต็มๆ ว่า LTspice IV เป็น version 4.22x ครับ เข้าไปดาวน์โหลดกันได้ที่ http://www.linear.com/designtools/software/#LTSpice
ความจริงโปรแกรมประเภทจำลองการทำงาน (Simulation) ผมคิดว่าผู้ที่สนใจในวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือได้ศึกษามาทางด้านนี้ทุกคนก็น่าจะรู้จักกันดีอยู่แล้ว เพราะมีแพร่หลายให้ใช้กันมานานและมีอยู่หลายโปรแกรมด้วยกัน แต่ที่เกริ่นนำมานี้เผื่อไว้สำหรับใครที่อาจยังไม่รู้จัก ที่อาจมีอยู่บ้างแต่ก็น่าจะหาความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรแกรมประเภทนี้ได้ไม่ยากในอินเตอร์เน็ต
ดังนั้นในบทความนี้ผมจะไม่ขอกล่าวถึงวิธีการใช้งานโดยละเอียดของโปรแกรม LTspice IV ขอข้ามไปครับ จะกล่าวถึงแต่การกำหนดวงจรและค่าของตัวอุปกรณ์เพื่อให้โปรแกรมวิเคราะห์และแสดงผลที่ได้หลังจากโปรแกรมได้วิเคราะห์ออกมาแล้วเท่านั้น
แหล่งกำเนิด PWM
อย่างที่เคยกล่าวไปแล้วครับว่า คอนเวอร์เตอร์ในสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายทำงานได้ด้วยการควบคุมให้เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ในวงจรทำงานโดยนำกระแสเป็นเป็นช่วงๆ ซึ่งช่วงเวลานำกระแสของเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์นี้จะถูกกำหนดโดยวงจร “พลัส์วิดท์มอดูเลเตอร์” (Pluse Width Modulator: PWM) ดังนั้นในการวิเคราะห์วงจรด้วย LTspice IV เราต้องสร้างวงจร PWM ให้มันด้วย
จากบทควาตอนที่แล้วที่ผมได้กล่าวถึงการสร้างวงจร PWM ด้วยไอซียอดนิยมเบอร์ TL494 แต่ปัญหามีอยู่ว่าเจ้า LTspice IV นี้ไม่ได้ให้ตัว TL494 มาในชุดอุปกรณ์ของโปรแกรมด้วย ทำให้ต้องสร้างวงจร PWM ขึ้นมาเอง ซึ่งไม่ใช่เรื่องยากนัก เพราะเรามีวิธีง่ายๆ ในการสร้าง PWM เพื่อใช้ในการควบคุมการทำงานของคอนเวอร์เตอร์ที่เราออกแบบใน LTspice ได้ดังต่อไปนี้
(ความจริงเราสามารถหา TL494 มาลงเพิ่มในชุดอุปกรณ์ของ LTspice IV ได้ครับ แต่ตอนนี้จะขอข้ามไปก่อน)
เราสามารถสร้างแหล่งกำเนิดสัญญาน
PWM ได้ด้วยวิธีอย่างง่ายๆ คือ ใช้แค่ตัว voltage ซึ่งเป็น component ที่ให้มากับ LTSPICE IV อยู่แล้ว แต่มากำหนดค่า Function
ของมันใหม่ให้เป็น PLUSE เสียก่อนจากเดิมที่เป็นค่าแรงดันคงที่ (V) ซึ่งทำได้ดังนี้ครับ
ขั้นแรกเลือกตัว voltage ออกมากก่อน โดยเลือกจากเมนู Edit > Component แล้วกดเลือกตัวอุปกรณ์ voltage ออกมาวางลงในหน้าจอ
จากนั้นเปลี่ยน Function ให้เป็น PLUSE โดยคลิกขวาที่ตัวอุปกรณ์ เลือกการกำหนดค่าเป็น Advance แล้วแก้ตัวเลือกของ Function ให้เป็น PLUSE ซึ่งเมื่อเลือกแล้วจะมีช่องให้กรอกค่าต่างๆ เพื่อให้มันกลายเป็น PWM ตามต้องการครับ เบื้องต้นที่จะใช้ในวงจร "ฟลายแบค" กับ "ฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์" ที่มีเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์แค่เพียงตัวเดียว ก็ให้กำหนดค่า Von หน่วยเป็นโวลต์ (V) , Ton หน่วยเป็นวินาที (s) และ Tperiod หน่วยเป็นวินาที (s) เพียง 3 ค่าเท่านี้ก็พอแล้ว
สำหรับช่อง Ncycles นั้นให้เว้นว่างไว้ เพื่อบอกให้มันซ้ำไปเรื่อยๆ แบบไม่จำกัดรอบครับ
ส่วนตัวอย่างในที่นี้ผมจะกำหนดให้ Von(s), Ton(s) และ Tperiod(s) มีค่าเป็น
ดังนั้นฟังก์ชันของเจ้าตัว voltage V1 ที่แสดงในวงจรนี้ก็จะเปลี่ยนจาก V เป็น PULSE(0 12V 0 0 0 20E-6 40E-6) และหากต้องการเปลี่ยนแปลงค่านี้ก็ทำได้โดยคลิกขวาที่ตัวมันอีกครั้งเพื่อเข้าไปแก้ไขค่า หรือจะคลิกขวาตรงคำว่า PULSE(0 12V 0 0 0 20E-6 40E-6) ในแผ่นวงจรก็ได้ ซึ่งก็จะทำให้เข้าไปเปลี่ยนค่าได้เช่นกัน
ต่อไปเมื่อใส่กราวด์และกำหนด Output Tag (PWM_A) ให้แก่ V1 แล้ว จากนั้นเมื่อสั่ง Run ก็จะได้รูปคลื่นของ PWM ความถี่ 25KHz ที่ 0.5 duty cycle ดังในรูปครับ
จะเห็นว่ารูปคลื่นที่ได้นั้นออกมาไม่ค่อยเป็นสี่เหลี่ยมสักเท่าไหร่ ทั้งนี้เป็นเพราะเราไม่ได้กำหนดค่า Trise กับ Tfall ไว้ใน PLUSE โปรแกรมมันเลยกำหนดเองให้ใกล้เคียงกับวงจรจริงๆ คือ มีลักษณะของความชันขาขึ้นกับขาลง แต่ถ้าต้องการให้คลื่นดูเป็นสี่เหลี่ยมก็กำหนด Trise กับ Tfall เอาไว้เสียหน่อย ก็จะได้รูปคลื่นหน้าตาออกมาเป็นสี่เหลี่ยมมากขึ้นครับ
อย่างในรูปข้างล่างนี้ที่กำหนดให้ Trise กับ Tfall อยู่ที่ 1ns
ส่วนการกำหนด PWM ในวงจร เพื่อใช้ควบคุมการทำงานวงจร "พุชพูล" "ฮาล์ฟบริดจ์" และ "ฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์" ก็ทำได้ด้วยการเพิ่ม Voltage Source V2 เข้ามาอีกหนึ่งตัว แต่คราวนี้ทั้ง V1 และ V2 เราต้องกำหนดให้มีค่า Tdelay(s) ด้วย โดยค่า Tdelay(s) ของ V2 จะกำหนดให้เท่ากับครึ่งหนึ่งของ Tperiod(s) บวกด้วยค่าของช่วงเวลาเผื่อ (Dead Time) ที่ต้องการ ส่วน V1 ก็กำหนดให้มีค่า Tdelay(s) เท่ากับช่วงเวลาเผื่อ (Dead Time) ง่ายๆ แค่นี้เองครับ
แต่อย่าลืมว่าวงจรพุชพูล ฮาล์ฟบริดจ์ และฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ ค่าช่วงเวลานำกระแสของเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์แต่ละตัว จะมีค่าได้ไม่เกินครึ่งนึ่งของค่าคาบเวลา ในตัวอย่างนี้เรากำหนดค่าคาบเวลา Tperiod(s) เป็น 40E-6 ดังนั้นเมื่อหักค่า Tdelay(s) ออกไป 1E-6 ค่า Ton(s) สูงสุดของ PWM_A และ PWM_B ก็จะเหลือเพียงแค่ 19E-6 เวลานำไปใช้ก็อย่าลืมข้อนี้ด้วยนะครับ
ก่อนจะไปถึงการวิเคราะห์การทำงานของคอนเวอร์เตอร์ที่เราออกแบบด้วย LTspice IV ยังมีตัวอุปกรณ์สำคัญอีกตัวหนึ่งที่ต้องกล่าวถึงการกำหนดเงื่อนไขให้มันเสียก่อนด้วย คือ หม้อแปลง ซึ่งจะขอยกไปกล่าวในตอนต่อไปครับ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น